第四章 距离保护及阻抗继电器,一、基本概念,第一节 距离保护的作用原理,在110kV线路及27.5kV馈线中，采用电流保护，存在以下问题：,1、高电压、重负荷线路中，电流保护灵敏系数较低，电流 速断保护范围不稳定，而过电流保护动作时间太长；,2、多电源环形网络中用方向性电流保护已不能满足选择性 要求高电压：Zx.1大—→Id小—→Klm低,重负荷：If.max—→Idz大—→Klm低,,,,,,,,1,2,3,,,,6,,,,,,,,,,,,5,4,d1,d2,假设1~6处均设置了方向性电流保护为了保证动作的选择性， 要求：,d1点短路时：t2 t4t6,d2点短路时：t4 t6t2,矛盾,,,,3、电流速断保护范围不稳定，过电流保护动作时间长，不能 满足高电压，重负荷输电线路对保护速动性的要求,基于上述三点→距离保护：是反应故障点与保护安装点之间的 距离（阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种 保护二、距离保护的时限特性,阶梯形时限特性：具有三段保护范围,Ⅰ段：和电流速断保护类似，为保证选择性，不让其保护到本 段线路全长，一般选为（0.8～0.85）l全,Zdz.1′=(0.8～0.85)ZAB,Zdz.2′=(0.8～0.85)ZBC,时限tⅠ，取保护本身固有的动作时间,,,,,,,,,,,,,1,2,3,Ⅱ段：和限时电流速断类似，要求保护到本段线路末端，不能 超过相邻线路Ⅰ段保护范围,Zdz.1″=Kk(ZAB+ Zdz.2′) Kk=0.8,时限tⅡ.1=tⅠ.2+Δt Ⅰ段+Ⅱ段构成线路的主保护,Ⅲ段：作为本段线路的近后备保护，相邻线路的远后备保护,时限tⅢ =tmax+Δt tmax—本保护范围内最大动作时限,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,t,l,,,,,,,,,,,三、距离保护的主要组成元件,1-起动元件,作用：在故障发生时，起动整套保护装置 采用：LJ，ZKJ,2-方向元件,作用：判别短路方向 采用：GJ，方向元件和阻抗元件组合而成的方向ZKJ,,I,,,,ZⅠ,,,,,,ZⅡ,tⅡ,tⅢ,,,,,,,,,,,,,,,LH,YH,1,2,3,4,5,6,7,跳闸,3、4-测量元件,作用：判断故障的位置 采用：ZKJ,5、6-时间元件,作用：建立Ⅱ、Ⅲ段的延时 采用：SJ,7-执行元件,采用：电磁式LJ,动作情况分析：,①系统正常运行时,②系统发生短路故障时,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,t,l,,,,,,,,,,,a、假设故障点在Ⅰ段保护范围内；,b、假设故障点超出Ⅰ段保护范围而在Ⅱ段保护范围内；,c、假设故障点超出Ⅰ、Ⅱ段保护范围或Ⅰ、Ⅱ段保护拒动；,,第二节 阻抗继电器(ZKJ),一、ZKJ的构成基本原则,,,,,,,,,,,,,,若d1点短路，要求ZjZdz→动作,若d2点短路，要求ZjZdz→不动作,d1,d2,,Zdz,,二、ZKJ的分类,(1)按动作特性分,全ZKJ,方向ZKJ 圆特性ZKJ,,(2)按比较的对象分,,整流式ZKJ：比较两个电压的幅值,感应式ZKJ：比较两个电压的相位差角,(3)按实现的元件分,晶体管型ZKJ,集成电路型ZKJ,数字电路型ZKJ,,(4)按动作特性形状分,圆特性ZKJ,四边形ZKJ,L形ZKJ,组合形ZKJ,,偏移ZKJ,,1、整流型ZKJ,(1) 动作特性分析,,,,jx,R,4Ω=Zzd,0,Zj落在圆周外时，不动作；,根据动作特性形状可得：,动作特性方程为： |Zj|≤|Zzd| 动作,Zj落在圆周上时，动作边界；,Zj落在圆周内时，动作；,,,,组成：,1—— 中间变压器YB,2—— 电抗变换器DKB,3—— 极化继电器→执行元件,4、5—— 桥式整流器 交流→直流,→,→,,,,,,,,,,,,,,,J,4,5,2,1,3,通过桥式整流桥,→,,,=I1,,,=I2,,→,→,I2-I1 加到极化继电器上,I2,I1,I2-I1,,,,极化继电器动作条件：,I2-I1=0 动作边界,I2-I10 动作,I2-I10 不动作,,,,,=,,,,,,,,,,,分析：,,,,,=,→,,,,,,,=,令,,,,=|Zzd|→|Zj|=|Zzd| 动作边界,同理可得：,|Zj||Zzd| 动作,|Zj||Zzd| 不动作,通过分析可知：,动作特性形状,动作特性方程,原理接线图,,,,,,(2) ZKJ的精确工作电流Ijq,|Zj|≤|Zzd|动作,是从理想条件出发，而实际上由于ZKJ存在 阻力矩→为使ZKJ动作，输入的电流Ij必须满足一定的要求。
Zzd.j,Ij,0,0.9Zzd,Izd.x,IT,把Zzd.j= 0.9Zzd对应的电流称为精确工作电流Ijq,Ijq的意义： 要求在保护范围末端短路时最小短路电流与Ijq之比大于或等于1.5，以保证ZKJ的误差在10%2、整流型方向ZKJ,全阻抗ZKJ的优点：简单,缺点：无方向性,→方向ZKJ,(1) 动作特性分析,,,,R,Zzd,0,jx,,圆外为非动作区；,圆内为动作区；,圆周上为动作边界；,,,,根据动作特性形状可得：,动作特性方程|Zj- Zzd|≤| Zzd|动作,两边同乘,→,-,1,,2,Zzd,1,,2,Zzd,,,≤,,,根据动作特性方程可得方向ZKJ的原理接线图：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,,2,Zzd,1,,2,Zzd,,,实际中，由于JJ存 在阻力矩→当保护出口 处发生三相或两相短路 时Uj=0,-,1,,2,Zzd,1,,2,Zzd,,,=,,,ZKJ不动作,∴ 现有方向ZKJ存在动作死区,1,,2,1,,2,措施,① 在现有方向ZKJ引入极化电压,② 偏移ZKJ,,(2) 具有极化电压Uj的整流型方向ZKJ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Zaz,=,,Rm,DKB,1BZ,2BZ,,Ujab,,=,Ky,,,YB,RJ,CJ,LJ,,R5,R6,a,b,c,原有方向ZKJ：,1BZ,2BZ,1,,2,Zzd,=,1,,2,-,1,,2,Zzd,=,-,1,,2,引入 后：,+,-,+,-,原有方向ZKJ的动作条件：,1,,2,,,≥,-,1,,2,,,引入 后：,+,-,,,≥,+,-,,,当满足 和 同相位，则引入 不改变原有方向ZKJ动作条件。
推导临界条件为：,1,,2,,,=,-,,,1,,2,,,=,,,+,-,,,=,,,+(,-,),+,-,+(,-,),ZKJ的动作条件为： |Zj-Z0|≤|Zzd-Z0| | - Zzd(1-α)≤| Zzd(1+α)|,1,,2,1,,2,根据动作特性方程构建原理接线图：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Z0,Rm,DKB,2BZ,1BZ,,Uj,,Ky,,,YB,R3,C2,R5,,Z0′,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R4,2BZ,N2,R1,C1,R2,1BZ,N1,,,,,,,,J,,,,,,J,,,,,,,三、圆特性ZKJ的普遍规律,动作条件：,全ZKJ： | |≤| Zzd|,方向ZKJ： | - Zzd|≤| Zzd|,偏移ZKJ： | - Zzd(1-α)|≤| Zzd(1+α)|,1,,2,1,,2,1,,2,1,,2,→| |≤| |,制动电压 工作电压,,,按比较绝对值原理构成的ZKJ原理框图：,电压 形成 回路,整流,整流,绝对值 比较 元件,,,,,,,,LH,YH,,,,,,,,,≥,输出,1、电压形成回路,① → Zzd 由DKB完成 ② →Ky 由YB完成,2、绝对值比较元件,由极化继电器完成,| || |→Ig=I1-I2产生Φg→ → Φ1Φ2,接点1-3断开，接点1-2 接通→JJ动作→ZKJ动作,,L1中Φ1=Φ01+ Φg,L2中Φ2=Φ02+ Φg,当| || |时→Ig方向相反→JJ不动作→ZKJ不动作,JJ未动作时，由于Φ01Φ02→ 接点1-3接通，1-2断开,,Φ01,Φ02,L1,L2,Ig,,,,,,,,接点,3,1,2,衔铁,,转轴,,永久磁铁,,Φg,,,,,,,3、圆特性也可采用比较两个电压的相位差角实现,,,,,,,,,,R,jx,,,,0,jx,,0,R,,,,,,,,,,R,0,jx,,,,,,,令 = - ， = + 则,当| |=| |时←→| ^ |=90°,当| || |时←→| ^ |90°,当| |90°,,和比较两个电压的绝对值类似，可以通过比较两个电压 、 的相位差角来构成ZKJ,电压 形成 回路,相位 比较 元件,,,,,LH,YH,输出,,相位比较元件,同极圆筒式感应元件构成,晶体管构成,晶体三极管相位比较回路,二极管环形相位比较回路,,,第三节 ZKJ接线方式,一、对接线方式的基本要求,1、ZKJ的测量阻抗正比于短路点到保护安装点之间的距离,2、ZKJ的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随 故障类型而变化,→采用0°接线方式满足要求：,继电器 A相 B相 C相,-,-,-,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,( - ),( - ),( - ),二、相间短路时ZKJ的测量阻抗,1、三相短路,,,,,,,,,,,,lD,A相ZKJ：,= = ZllD- ZllD=( - )ZllD,= -,Zj=—=ZllD,Uj,Ij,→ 测量阻抗等于短路点 到保护安装点之间的距离， ZKJ动作。
2、两相短路,,,,,,,,,,,,lD,A相ZKJ：,= = ZllD- ZllD=( - )ZllD,= -,Zj=—=Z1lD,Uj,Ij,B相ZKJ： 引入非故障相电压→数值较 高， 只有一个故 障相电流，数值较 - 低→BC相的ZKJ不动作→只 有A相ZKJ能够准确测量短路阻抗而动作,3、中性点直接接地系统中的两点接地短路,与两相短路差别：地中有电流—— ≠,A相ZKJ：,= = - =( ZDlD+ ZmlD)-( ZllD+ ZmlD),= -,Zj=—=(Zl-Zm)lD=Z1lD,Uj,Ij,Zl:自阻抗 Zm:互阻抗,第四节 影响距离保护正确工作的因素,一、过渡电阻的影响,过渡电阻：在短路点处存在着过渡电阻(Rh),原因：① 物体；② 电弧电阻；,特点：刚短路时，Rh不大，0.1～0.5秒后，Rh↑,1、影响：,,,,,,,,,1,2,A,由于Rh的影响： Zj1′=Zj1+ Rh 可能超出Ⅰ段保护范围 Zj2′= ZAB+Zj+ Rh 仍位于Ⅱ段保护范围内 →使保护1、2同时以第Ⅱ段的时限动作,d,,,,,,R,0,jx,Zzd,没有Rh的影响：Zj1=Zj 在Ⅰ段保护范围内,Zj1,,Rh,,Zj1′,,,,R,A,jx,,,,,,,R,jx,B,① 选择躲过过度电阻能力强 的ZKJ,2、措施：,② 采用瞬时测量装置将刚短 路时的测量阻抗固定下来 作为保护动作的依据,实质：使动作特性沿R方向增大一 些，在整定值相同的情况 下：椭圆形方向圆偏移圆 全ZKJ四边形,二、电力系统振荡的影响,1、电力系统振荡的一般概念,任何复杂的环形供电网络，均可以简化为：,,,EA,,EB,A,B,系统正常运行时， 和 完全同步；,系统振荡时，以,为参考向量，,围绕 旋转或摆动,,,δ,0δ2π,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,② | |=| | =ZAe-jδ,=,,-,ZA+ZB+ZC,=,,Δ,ZA+ZB+ZC,,,,,,I,δ,2π,4π,6π,母线A的电压： = - ZA 母线B的电压： = - ZB 线路中的电压最低点： UZ=EAcos(δ/2) 称为系 统的振荡中。